KR20110139719A - Fluctuating gear ratio limited slip differential - Google Patents
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Abstract
차동 케이스(14)와 상기 차동 케이스 내에 설치되는 한 쌍의 사이드 기어(20)들을 포함하는 변동기어비 차동제한장치 조립체(12)가 제공된다. 상기 사이드 기어들 각각은 제1이뿌리면을 가지는 이빨을 가진다. 차동창치는 상기 차동 케이스 내에 설치되는 피니언축과 그리고 상기 피니언축(16)에 의해 지지되는 다수의 피니언(18)들을 더 포함한다. 피니언들은 상기 한 쌍의 사이드 기어들과 결합하도록 구성되고 또한 피니언들 각각은 제2이뿌리면을 가지는 이빨을 가진다. 제1 및 제2이뿌리면들은 사이드 기어들의 제1이뿌리면과 피니언들의 제2이뿌리면들 간에 모든 접촉점을 규정하는 작동표면을 제어된 방식으로 이동하도록 구성된다.A variable gear ratio differential limiter assembly 12 is provided that includes a differential case 14 and a pair of side gears 20 installed within the differential case. Each of the side gears has a tooth having a first toothed surface. The differential window further comprises a pinion shaft installed in the differential case and a plurality of pinions 18 supported by the pinion shaft 16. The pinions are configured to engage with the pair of side gears and each of the pinions has teeth with a second sprinkled surface. The first and second sprinkling surfaces are configured to move in an controlled manner the operating surface defining all the contact points between the first sprinkling surface of the side gears and the second sprinkling surface of the pinion.
Description
본 출원은 여기에서 그 전체 기술내용이 참조로 포함되는, 2009년 3월 12일자로 출원됨 미국특허출원 제12/403,141을 우선권 주장한다.This application claims priority to US patent application Ser. No. 12 / 403,141, filed Mar. 12, 2009, which is hereby incorporated by reference in its entirety.
본 발명은 기어셋트(gear set)에 관한 것으로서, 상기 기어셋트의 기어 각각은 기어셋트의 제1기어의 이뿌리면(tooth flank)과 기어셋트의 제2기어의 이뿌리면 사이의 접촉점을 규정하는 작동표면(plane of action)을 미리 규정된 및/또는 제어된 방식으로 이동시키도록 구성되는 이뿌리면을 가진다.The present invention relates to a gear set, wherein each gear of the gear set defines an contact point between the tooth flank of the first gear of the gear set and the tooth flank of the second gear of the gear set. It has a root surface configured to move a plane of action in a predefined and / or controlled manner.
미국특허 제3,631,736호에 설명되어 있듯이, 평행축(parallel axes)(예컨대, 원통기어(cylinderical gear)에서 작동하는 기어들의 치형(tooth profile)은, 모든 접촉점에서의 공통법선(common normal)이 중심선 상의 고정점을 통과하는 것을 필요로 한다. 이는, 만일 일정한 각속도 비율로 한 치형이 다른 치형을 구동시킨다면 운동학적인 필요조건이다. 기어가 회전할 때 한 쌍의 치형들은 다른 위치에서 서로 접촉한다. 주어진 치형 쌍들에 대한 모든 가능한 접촉점들의 장소는 접촉경로(the path of contact)라 부른다. 이 접촉경로는 직선이거나 또는 만곡된 선분(curved line segment)이고, 기어이(gear teeth)들의 맨 끝에서 종결된다. 원통형 기어설계에서 수반되는 세 개의 만곡선은, 제1기어의 치형과, 제2기어의 치형과 그리고 접촉경로이다. 고정된 중심거리(center distance)과 속도비가 주어지면, 만곡선들 중 하나는 다른 두 개를 결정할 수 있다. 특히, 접촉경로가 주어진 곡선으로 도시되면, 두 기어들의 치형들은 독특하게 결정될 수 있다.As described in U.S. Patent No. 3,631,736, the tooth profile of gears operating in parallel axes (e.g., cylindrical gears) is that the common normal at all points of contact is on the centerline. It is a kinematic requirement if one tooth drives another tooth at a constant angular velocity ratio, as the gear rotates, a pair of teeth contact each other at different positions. The location of all possible contact points for the pairs is called the path of contact, which is a straight or curved line segment and terminates at the end of the gear teeth. The three curves involved in the gear design are the teeth of the first gear, the teeth of the second gear and the contact path. When the air, one of the curved lines may determine the other two. In particular, when the contact path shown by the given curve and can be determined uniquely are teeth of the two gears.
원통형 기어장치에 있어서, 기어셋트는 제1치형과, 제1중심점과, 그리고 (제1중심점에서 제1기어의 둘레까지의) 제1외측 반경을 가지는 제1기어와, 제2치형과, 제1 중심점과, 그리고 (제2중심점에서 제2기어의 둘레까지의) 제2외측 반경을 가지는 제2기어를 포함한다. 피치반경들(pitch radii)은 피치점과 각 기어중심(즉, 제1중심점과 제2중심점) 사이의 간격이다. 달리 말하면, 피치반경들은 피치점과 각 기어축 간의 간격을 명시한다. 제1 및 제2기어들이 회전하면, 제1 및 제2기어들의 치형 만곡선(the profile curve)들은 상이한 위치들에서 서로 접촉하게 되고 또한 모든 연속적인 접촉점들의 장소들은 접촉경로(즉, 작용선(line of action))의 형상을 결정한다.In the cylindrical gear device, the gear set includes a first tooth, a first center point, a first gear having a first outer radius (from the first center point to the circumference of the first gear), the second tooth shape, and the first gear. A first gear having a center point and a second outer radius (from the second center point to the circumference of the second gear). Pitch radii is the spacing between the pitch point and each gear center (ie, the first center point and the second center point). In other words, the pitch radii specify the spacing between the pitch point and each gear axis. As the first and second gears rotate, the profile curves of the first and second gears come into contact with each other at different locations and also the locations of all successive contact points are in contact path (i.e. line of action). of action).
접촉점 각각이 피치점으로부터의 소정 간격과 그리고 수평 법선(horizontal line normal)에서 제1 및 제2중심점들을 연결하는 선까지 압력각(pressure angle)인 소정의 각도에 위치할 때, 접촉점 각각은 극좌표로 표시할 수 있다. 기어들에 대한 제1 및 제2치형들은 제1 및 제2길이(length)를 각각 가지는 제1 및 제2 만곡반경을 가질 수 있다.When each contact point is located at a predetermined distance from the pitch point and a pressure angle from the horizontal line normal to the line connecting the first and second center points, each contact point is in polar coordinates. I can display it. The first and second tooth shapes for the gears may have a first and second radius of curvature having a first and a second length, respectively.
제1기어의 이뿌리면과 제2기어의 이뿌리면 사이에 접촉점들을 규정하는 작동표면을 미리 규정된 및/또는 제어된 방식으로 이동시키도록 제1 및 제2기어(예컨대, 차동장치에서 피니언 기어와 사이드 기어)의 이뿌리면 기하학구조를 사용하는 것이 바람직할 수 있다.The first and second gears (e.g., with the pinion gear in the differential) move the operating surface defining the contact points between the toothed surface of the first gear and the toothed surface of the second gear in a predefined and / or controlled manner. It may be desirable to use a toothed geometry of the side gear).
본 발명의 목적은, 제1 및 제2기어(예컨대, 차동장치에서 피니언 기어와 사이드 기어)의 이뿌리면 기하학구조를 사용하는 변동기어비 차동제한장치를 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a variable gear ratio differential limiter using sprinkled geometry of first and second gears (e.g., pinion gears and side gears in differentials).
제1이뿌리면을 가지는 제1기어와 제2이뿌리면을 가지는 제2기어를 포함할 수 있는 기어셋트가 제공된다. 제1이뿌리면과 제2이뿌리면은 제1이뿌리면과 제2이뿌리면 사이에 접촉점들을 규정하는 작동표면을 미리 규정된 및/또는 제어된 방식으로 이동시킬 수 있도록 구성될 수 있다.A gear set may be provided that may include a first gear having a first sprinkled surface and a second gear having a second sprinkled surface. The first sprinkled surface and the second sprinkled surface may be configured to move the operating surface defining contact points between the first sprinkled surface and the second sprinkled surface in a predefined and / or controlled manner.
차동 케이스(differential case)와 상기 차동 케이스 내에 설치되는 한 쌍의 사이드 기어(side gear)를 포함할 수 있는 변동기어비 차동제한장치 조립체가 제공된다. 사이드 기어들 각각은 제1이뿌리면을 가지는 이빨들을 가질 수 있다. 차동장치 조립체는 상기 차동 케이스 내에 설치되는 피니언 축(pinion shaft)과 상기 피니언 축에 의해 지지되는 다수의 피니언들을 더 포함할 수 있다. 피니언들은 상기 한 쌍의 사이드 기어들과 결합하도록 구성될 수 있고 또한 피니언들 각각은 제2이뿌리면을 가지는 이빨들을 가질 수 있다. 제1 및 제2이뿌리면들은, 사이드 기어들의 제1이뿌리면과 피니언들의 제2이뿌리면들 간에 접촉점들을 규정하는 작동표면을 미리 규정된 및/또는 제어된 방식으로 이동시킬 수 있도록 구성된다.A variable gear ratio differential limiter assembly is provided that can include a differential case and a pair of side gears installed within the differential case. Each of the side gears may have teeth with a first toothed surface. The differential assembly may further comprise a pinion shaft installed in the differential case and a plurality of pinions supported by the pinion shaft. The pinions may be configured to engage with the pair of side gears and each of the pinions may have teeth with a second root surface. The first and second sprinkling surfaces are configured to move the operating surface defining the contact points between the first sprinkling surface of the side gears and the second sprinkling surface of the pinion in a predefined and / or controlled manner.
원하는 토크 바이어스(torque bias)와 그리고 제1기어로 전달되게 되는 원하는 토크의 부분을 결정하는 단계와, 그리고 제1기어로 전달되는 상기 원하는 토크 바이어스와 상기 원하는 토크의 부분이 되게 되는 작동표면의 규정된 이동을 결정하는 단계를 포함하는, 기어셋트를 설계하기 위한 방법이 제공된다. 상기 방법은, 상기 작동표면에 의해 규정되는 제1기어와 제2기어 간의 접촉점들을 결정하는 단계와, 상기 작동표면에 의해 결정되는 상기 접촉점들에 대응하는 제1 및 제2사이드 기어들의 이뿌리면을 결정하는 단계를 더 포함한다.Determining a desired torque bias and the portion of the desired torque to be transmitted to the first gear, and defining the operating surface to be the portion of the desired torque and the desired torque to be transmitted to the first gear There is provided a method for designing a gearset, comprising determining a predetermined movement. The method includes determining contact points between a first gear and a second gear defined by the actuating surface, and forming sprinkled surfaces of the first and second side gears corresponding to the contact points determined by the actuating surface. Determining further.
본 발명에 따라, 제1 및 제2기어의 이뿌리면 기하학구조를 사용하는 변동기어비 차동제한장치를 제공된다.According to the present invention, there is provided a variable gear ratio differential limiting device using the sprinkled geometry of the first and second gears.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 차동장치의 개략적인 단면도.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 제1기어와 제2기어 간의 작동표면의 개략도.
도 3은 기어 이뿌리면을 가지는 선행기술 베벨기어의 사시도.
도 4는 도 3의 베벨기어의 기어 베이스콘(base cone)의 개략도.
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 수정된 기어 이뿌리면을 가지는 피니언의 사시도.
도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 수정된 기어 이뿌리면을 가지는 사이드 기어의 사시도.
도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 수정된 기어 이뿌리면을 가지는 컴퓨터 모델링의 예를 도시한 도면.1 is a schematic cross-sectional view of a differential device according to an embodiment of the present invention.
2 is a schematic view of an operating surface between a first gear and a second gear in accordance with an embodiment of the present invention.
3 is a perspective view of a prior art bevel gear having a gear tooth surface;
4 is a schematic illustration of a gear base cone of the bevel gear of FIG. 3.
5 is a perspective view of a pinion having a modified gear sprinkled surface according to one embodiment of the present invention.
6 is a perspective view of a side gear having a modified gear sprinkled surface according to one embodiment of the invention.
FIG. 7 illustrates an example of computer modeling with a modified gear tooth surface in accordance with one embodiment of the present invention. FIG.
첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 예로서 설명한다.Embodiments of the present invention will be described by way of example with reference to the accompanying drawings.
여기에서 기술되고 또한 첨부도면들에서 설명되는 예들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 본 발명을 실시예들과 관련해 기술하지만, 본 발명을 이들 실시예들에 제한하고자 하는 것은 아니라는 것을 알 것이다. 반대로, 보 발명은, 첨부된 청구항에 의해 구체화되는 본 발명의 사상과 범위 내에 포함될 수 있는, 대체안들과, 수정안들과 그리고 등가물들은 커버한다.Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the examples described herein and described in the accompanying drawings. While the invention has been described in connection with embodiments, it will be understood that they are not intended to limit the invention to these embodiments. On the contrary, the invention covers alternatives, modifications and equivalents, which may be included within the spirit and scope of the invention as embodied by the appended claims.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 기어셋트(10)의 개략적인 단면도이다. 도 1에 도시되어 있듯이, 기어셋트(10)는 차동장치(12)에 사용할 수 있다. 예컨대, 차동장치(12)는 차동제한장치를 포함할 수 있다. 본 발명의 기어셋트(10)는 바퀴구동 차량을 위한 차동제한장치(12)의 두 개의 사이드 기어들에 토크의 균등하지 않은 분배를 제공하는데 사용할 수 있다. 차동제한장치(12)는 몇몇 실시예들에서 변동기어비 차동제한장치를 포함할 수 있다.1 is a schematic cross-sectional view of a gear set 10 according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1,
특히, 변동기어비 차동제한장치의 기능은, 피니언들과 그리고 1회전에서 홀수의 기어비 변동주기를 가지는 피니언들과 연결된 사이드 기어들 간의 결합 동안에 피니언들과 사이드 기어들 간의 주기적인 기어비 변화(예컨대, 변동)으로 구현되어, 피니언들과 한 사이드 기어 간의 기어비가 최대에 도달하면, 피니언과 다른 사이드 기어 간의 기어비가 최소에 도달하여, 두 사이드 기어들 상에 균등하지 않은 토크의 분배가 발생될 수 있다.In particular, the function of the variable gear ratio differential limiter is such that a periodic gear ratio change (e.g., fluctuation) between the pinions and the side gears during engagement between the pinions and the side gears connected with the pinions with an odd gear ratio shift period in one revolution. When the gear ratio between the pinions and one side gear reaches a maximum, the gear ratio between the pinion and the other side gear reaches a minimum, so that an uneven distribution of torque may occur on the two side gears.
도 1을 계속 참조하여 보면, 차동장치(12)는 차동 케이스(14)와 피너언 축(16)을 포함할 수 있다. 차동 케이스(14)는 입력축(미도시)에 의해 구동될 수 있다. 피니언 축(16)은 횡축(cross shaft) 또는 직축(straight shaft)를 포함할 수 있고 또한 차동 케이스(14) 내측에 고정될 수 있다. 차동장치(12)는, 피니언 기어(18)와 사이드 기어(20)를 더 포함할 수 있다. 피니언 기어(18)는 피니언 축(16)에 의해 지지되고 또한 사이드 기어(20)와 결합하도록 구성될 수 있다. 피니언 기어(18)와 사이드 기어(20)는 각각, 다수의 기어(쌍)를 포함할 수 있다. 구형의 스러스트 와셔(spherical thrust washer)(22)가 피이언 기어(18)의 후면측과 차동 케이스(14) 사이에 배치될 수 있다. 평탄한 스러스트 와셔(24)가 사이드 기어(20)의 후면측과 차동 케이스(14) 사이에 배치될 수 있다. 차동장치(12)는 차동 케이스(14) 내에 배치되는 사이드 기어들(20) 간에 상이한 회전속도가 이루어질 수 있도록 하기에 적합하다.With continued reference to FIG. 1, the
본 발명의 기어셋트(100는 제1 및 제2기어들을 포함할 수 있다. 본 발명의 한 실시예에 따라서 제1기어는 피니언 기어(18)를 포함할 수 있고, 제2기어는 사이드 기어(20)를 포함할 수 있다. 비록 기어셋트(10)가 피니언 기어(18)와 사이드 기어(20)를 포함하는 제1 및 제2기어들을 가지는 것으로 기술하지만, 기어셋트(10)를 구성하는 제1 및 제2기어들은 소정 수의 상이한 기어들을 포함할 수 있고 또한 이는 본 발명의 사상과 범위 내에 포함된다. 제1기어는 제1뿌리면을 가지는 이빨들을 포함할 수 있고, 제2기어는 제2이뿌리면을 가지는 이빨들을 포함할 수 있다.The gear set 100 of the present invention may include first and second gears. According to an embodiment of the present invention, the first gear may include a
본 발명의 제1 및 제2기어(단지 예로서, 피니어 기어(18)와 사이드 기어(20))들의 이뿌리면들의 기하학적 구조는 작동표면을 미리 규정된 방식으로 이동시키도록 구성될 수 있다. 달리 말하면, 작동표면의 이동은 제어되거나 및/또는 최적화된 이동일 수 있다. 작동표면은 또한 작동면으로 부를 수 있다. 작동표면은 기어셋트의 제1기어의 제1이뿌리면과 기어셋트의 제2기어의 제2이뿌리면 사이의 접촉점들을 규정한다. 제1기어의 이뿌리면은 제1기어와 관련된 좌표계에 대해 이동하는 작동표면의 연속적인 부분들로 표시된다. 제2기어의 이뿌리면은 제2기어와 관련된 좌표계에 대해 이동하는 작동표면의 연속적인 부분들로 표시된다.The geometry of the sprinkling surfaces of the first and second gears (for example, the
도 2를 참조하여 보면, 제1기어(예컨대 피니언 기어(18))와 제2기어(예컨대, 사이드 기어(20)) 간의 작용선(261, 262, 또는 263)의 개략도가 작동표면의 이해를 위한 배경으로 설명된다. 기어(18 및 20)들은 작용선(261, 262, 또는 263)을 따라 접촉을 이룰 수 있다. 도면에 설명되어 있듯이, 작용선(261, 262, 또는 263)은 정지한 것이 아니라, 미리 규정된 및/또는 제어된 및/또는 최적화된 방식으로 이동한다. 예컨대, 작용선의 이동의 미리 규정된 및/또는 제어된 및/또는 최적화된 방식에 따라서, 작용선의 제1위치(예컨대, 작용선(261, 262)의 위치)에서 제2위치(예컨대, 262, 또는 263의 위치)로 이동하도록 구성될 수 있다. 제1위치에서 작용선의 방향은 제2위치에서 작용선의 방향에 대해 실질적으로 평행할 수 있다. 작용선의 이동은, 기어셋트가 한 쌍의 타이어드 중 (예컨대, 사이드 기어(20)에 의해 제어되는) 하나에 보다 많은 토크를 전달하도록 한다. 한 쌍의 타이어들(예컨대, 우측 타이어와 좌측 타이어)에 전달될 토크의 양은, 타이어들이 작용하는 표면들 및/또는 타이어들과 표면들 간의 정지 마찰력(traction)의 양에 따라 다르게 된다. 피니언(18)은 중심점(Op)을 가질 수 있고 또한 사이드 기어(20)도 중심점(Og)를 가질 수 있다. 중심선(28)은 중심점들(Op 및 Og) 사이를 가로지른다. 피치점(P1, P2 또는 P3)은 중심선(28)과 작용선(26)의 교차점이다. 피니언(18)과 사이드 기어(28)의 베이스 실린더(base cylinder)의 반경(각각, rb .p, rb .g)은 각각 중심점(Op 및 Og)에서 작용선(261, 262, 또는 263)으로 연장한다. 선(30)은 피치점(P1, P2 또는 P3)를 통해 중심선(28)에 대해 수직으로 연장한다. 프로파일 각도(φn)은 선(30)과 작용선(261, 262, 또는 263) 사이의 각도이다. 작용선(261, 262, 또는 263)이 2차원 기하학 구조에 사용되고 또한 작동표면이 3차원 기하학 구조에 사용되기 때문에, 도 2는 피니언(18)과 사이드 기어(20)에 대해 제어된 및/또는 최적화되 방식으로 이동하는 작동표면을 가상하기에 유용할 수 있다.Referring to FIG. 2, a schematic diagram of the line of action 26 1 , 26 2 , or 26 3 between a first gear (eg pinion gear 18) and a second gear (eg side gear 20) is shown on the operating surface. Described as background for understanding. The
좌측 타이어와 우측 타이어 간의 토크비는 타이어들이 작용하는 표면들 및/또는 타이어들과 표면들 간의 정지 마찰력의 양을 기반으로 할 수 있다. 공지된 접촉점들의 궤적에 대해, 이뿌리면의 기하학 구조를 결정할 수 있다. 본 발명의 한 실시예에 따라서, 제어된 및/또는 최적화되 방식으로 이동하는 작동표면은 피니언 기어(18)의 회전을 기반으로 하거나 및/또는 대응할 수 있다. 예컨대, 한 실시예에서 작동표면은 피니언 기어(18)의 일정한 회전에 맞추어 일정한 속도로 이동할 수 있다. 다른 예에서, 작동표면의 미리 규정된 및/또는 제어된 방식의 이동에 따라서, 작동표면은 제1위치에서 제2위치로 이동하도록 구성될 수 있다. 제1위치에서 작동표면의 방향은 제2위치에서 작동표면의 방향에 대해 실질적으로 평행할 수 있다. 작동표면의 이동은, 사이드 기어(20)(예컨대, 기어셋트(10)의 제2기어)로 점진적으로 증가하는 토크를 전달하도록 구성될 수 있다. 다른 경우에 있어서, 작동표면의 이동은 또한, 사이드 기어(20)(즉, 기어셋트(10)의 제2기어)에 점진적으로 감소하는 토크를 전달하도록 구성될 수 있다. 이러한 방식에서, 작동표면이 미리 규정된 및/또는 제어된 이동은, (예컨대, 차량의 우측 상의) 제1사이드 기어(20)에 제1양의 토크를 전달하고 또한 (예컨대, 차량의 좌측 상의) 제2사이드 기어(20)에 제2양의 토크를 전달하도록 구성될 수 있는데, 상기 제1 및 제2양의 토크는 상이하다. 따라서, 한 쌍의 사이드 기어(20) 각각은 상이한 회전속도에서 회전하도록 구성될 수 있다.The torque ratio between the left and right tires may be based on the surfaces on which the tires act and / or the amount of static friction between the tires and the surfaces. For the trajectories of known contact points, the geometry of the root surface can be determined. According to one embodiment of the invention, the actuating surface moving in a controlled and / or optimized manner may be based on and / or correspond to the rotation of the
다른 실시예에서, 작동표면은 미리 규정된 및/또는 제어된, 다른 방식으로 이동할 수 있다. 예컨대, 작동표면은 제1기어(예컨대, 피니언 기어(18))의 이뿌리면과 제2기어(예컨대, 사이드 기어(20))의 이뿌리면의 결합에 따라 가속 또는 감속될 수 있다. 작동표면은 일정한 속도로 이동하기 보다는, 기어(피니언 기어(18) 또는 사이드 기어(20))의 축을 향해 피치점에서부터 가속 또는 감속될 수 있다. 이러한 방식에서, 작동표면은 제1 및 제2기어들(예컨대, 피니언 기어(18) 및 사이드 기어) 상의 단치(短齒:short teeth)(예컨대, 작업이빨(working teeth))의 결합을 기반으로 할 수 있다.In other embodiments, the working surface may be moved in other ways, predefined and / or controlled. For example, the working surface may be accelerated or decelerated in accordance with the engagement of the toothed surface of the first gear (eg pinion gear 18) with the toothed surface of the second gear (eg side gear 20). The working surface can be accelerated or decelerated from the pitch point toward the axis of the gear (
기어들(예컨대, 피니언 기어(18)와 사이드 기어(20)) 상의 이빨들은 상이한 목적에 사용될 수 있다. 예컨대, 피니언 기어(18) 및/또는 사이드 기어(20) 상의 고치(高齒; tall tooth)는 기어(18, 20) 상의 저치(低齒; low teeth)의 재결합(reengagement)을 도와줄 수 있다. 상기 저치들은 작업 및/또는 작동이빨(즉, 토크를 전달하는 이빨)들이다. 저치들은 기어들이 결합되었을 때 제1기어(예컨대, 피니언 기어(18))에서 제2기어(예컨대, 사이드 기어(20))로 토크를 전달하도록 구성된다. 다른 한편, 고치들은 토크를 전달하지 않을 수 있다. 고치들은 저치보다 높도록 구성되고 또한 제1 및 제2기어 상의 작업이빨의 재결합을 제공하기 위하여 그 들의 이뿌리면에 대해 보다 작은 각도를 가질 수 있다. 기어셋트(10)의 기어들(예컨대, 피니언 기어(18)와 사이드 기어(20)) 상의 고치와 저치들 때문에, 부드러운 토크의 전송이 없을 수 있어서, 흡수할 필요가 있는 잡음과 충격이 발생한다. 잡음 감소는 차량 설계시에 가장 크게 고려하여야 할 사항일 수 있다. 본 발명의 수정된 이뿌리면 기하학 구조는 결합 동안에 피니언 및 사이드 기어 장치들이 받을 수 있는 충격을 제거하여, 잡음을 감소시키는 것을 도와주도록 구성될 수 있다.Teeth on the gears (eg,
단일 그룹의 이빨들은 하나의 고치(즉, 기어들 간에 재결합을 도와주도록 구성되는 이빨)와 하나 이상의 저치(즉, 토크를 전달하는 작업 및/또는 작동이빨들)를을 포함할 수 있다. 각 그룹의 이빨들에는 홀수의 이빨이 있다. 예컨대, 각 그룹에 세 개의 이빨이 있을 수 있다. 비록 상세한 설명에서 세 개의 이빨들을 언급하였다 하더라도, 본 발명의 다른 실시예들에서는 이빨들의 숫자는 더 커질 수 있다. 보다 큰 이빨 갯수로 보다 많은 토크 바이어스를 달성할 수 있다 하더라도, 큰 이빨 갯수는 기어셋트(10)를 위한 보다 많은 공간을 필요로 하고 또한 차동 하우징(예컨대, 차동 케이스(14))의 크기가 제한되기 때문에, 본 실시예에서는 각 그룹에 세 개의 이빨을 포함한다. Ngr 그룹의 이빨을 가지는 기어(예컨대, 피니언 기어(18))의 회전(ωp) 하에서, 기어비 변동의 주기는 ωp/Ngr 이다. 각 주기에서 이빨의 숫자는 각 주기에 포함되는 피치들의 숫자에 대응한다. 작동표면의 이동은 단지 단일 그룹의 작업 및/또는 작동이빨(즉, 단치)들과 관련되고, 고치와는 관련되지 않는다.A single group of teeth may include one cocoon (ie, teeth configured to assist in recombination between the gears) and one or more teeth (ie, a torque transmitting task and / or working teeth). Each group of teeth has an odd number of teeth. For example, there may be three teeth in each group. Although three teeth are mentioned in the detailed description, the number of teeth may be larger in other embodiments of the present invention. Although a larger number of teeth can achieve more torque bias, the larger number of teeth requires more space for the
기어셋트(10)의 제1 및 제2기어(예컨대, 피니언 기어(18)와 사이드 기어(20))들이 회전하면, 저치들은 서로 간의 접촉으로부터 이탈할 수 있고, 제1기어(예컨대, 피니언(18))의 고치가 제2기어(예컨대, 사이드 기어(20))의 이빨과 접촉하도록 결합하여 제1 및 제2기어들의 다음 쌍의 이빨들이 맞물리는 것을 도와주고, 그런 다음에 다음 쌍의 작업 이빨들이 결합될 수 있다. 제1기어의 고치가 제1기어의 이빨과 접촉하거나 또는 제2기어의 고치가 제1기어의 이빨과 접촉하는 단계에서, 고치는 충격에 노출될 수 있어서, 고치의 고장을 일으킬 수 있다. 고치가 충격을 받는 것을 제거하기 위해 및/또는 상당히 줄이기 위해, 다음의 작동표면의 이동이 유익할 수 있다. 먼저, 단치들이 분리될 때 또는 분리되기 약간 전에, 순간 작동표면은, 제2쌍의 단치들의 맞물림의 시작에 대응하는 바로 그 순간에 A의 방향(도 2)에서 그의 움직임 속도를 소정의 값에서 0으로 낮추기 시작한다. 또한, A의 방향(도 2) 상기 순간 작동표면의 움직임의 가속은 고치의 결합 시작과 말미에서 0과 같게 되어, 상기 소정의 값과 0 사이의 소정의 일정한 값에 도달하게 된다. 작동표면의 이동에 대한 한 해결책은, 상기 순간 작동표면이 피니언 기어(18)와 사이드 기어(20)의 단치(즉, 작업이빨)의 결합 말미에 움직이지 않게 되는 것이다. When the first and second gears (eg,
제1기어와 제2기어(예컨대, 피니언 기어(18)와 사이드 기어(20))들에 대한 이뿌리면에서 대응하는 변화들로 인해, 원하는 및/또는 제어된 및/또는 규정된 순간 작동표면의 이동이 달성될 수 있다. 본 발명에 따라서, 제1기어와 제2기어(예컨대, 피니언 기어(18)와 사이드 기어(20))들에 대한 이뿌리면은, 작동표면의 원하는 가속 및/또는 감속을 제공하도록 설계할 수 있다.Due to the corresponding variations in spurs on the first and second gears (
상기 배경설명에서 기술하였듯이, 원통기어는, 기어셋트를 구성하는 기어들의 이뿌리면들의 기하학적 구조 및/또는 치형(profile)을 결정하기 위하여 피치 반경들과 만곡부의 반경의 길이를 사용할 수 있다. 반대로, 베벨 기어들은 기어셋트를 구성하는 베벨 기어들의 이뿌리면들의 기하학적 구조를 결정하기 위하여, 피치 반경과 만곡부의 반경이 길이 대신에 피치 원뿔(pitch cone)을 사용할 수 있다. 본 발명의 제1 및 제2기어(예컨대, 피니언 기어(18)와 사이드 기어(20))들의 이뿌리면들의 기하학적 구조는 나선형 콘 피치 표면(spiral cone pitch surface)로 나타낼 수 있다. 상기 나선형 콘 피치 표면의 외측에 위치하는 이빨의 부분은 어덴덤(addendum)이라 부른다. 비슷하게, 나선형 피치 원뿔 표면과 필렛 콘 표면(fillet cone surface) 사이에 위치하는 이빨의 부분은 디덴덤(dedendum)이라 부를 수 있다. 본 발명의 기어들의 수정된 이뿌리면에 대한 방정식을 유도하기 위하여, 통상의(예컨대, 선행기술) 베벨 기어의 이뿌리면에 대한 방정식의 유도를 사용할 수 있다. As described in the background, the cylindrical gear may use the pitch radii and the length of the radius of the bend to determine the geometry and / or profile of the sprinkling surfaces of the gears that make up the gear set. Conversely, bevel gears may use a pitch cone instead of the length of the radius of the pitch and the radius of the bend to determine the geometry of the root surfaces of the bevel gears that make up the gearset. The geometry of the sprinkling surfaces of the first and second gears (eg,
도 3을 참조하여 보면, 기어 이뿌리면(G)을 가지는 선행기술 베벨 기어(32)의 사시도가 도시되어 있다. 통상의 베벨 기어(10)의 기어 이뿌리면(G)의 생성은, 도 4에서 나타낸 기어 베이스콘(36) 위에 표면(34)의 슬라이딩(sliding)이 없는 롤링(rolling)으로 해석할 수 있다. 따라서, 기어 이뿌리면(G)의 외관은 정점(38)을 통해 탄젠트 표면(tangent plane)(34) 내에서 직선(Eg)의 장소들로 나타낼 수 있다. 표면(34)이 기어 베이스콘(36) 위에서 롤링한다면, 이는 기어 베이스콘(36)에 대해 접선(tangent)이 되게 된다.Referring to FIG. 3, there is shown a perspective view of a prior
위치벡터 r g 는 이뿌리면의 지점들의 Xg, Yg, Zg 를 나타낸다. 이뿌리면(G)의 지점 M의 위치벡터 r g 는 세 벡터들의 합(summa)을 나타낼 수 있다. 특히, 위치벡터 r g 에 대한 식은 다음과 같다:The position vector r g represents X g , Y g and Z g of the points on the root surface. The position vector r g of the point M of the root surface G may represent a sum of three vectors. In particular, the equation for the position vector r g is:
r g = A + B + C, 여기서 벡터들 A, B 및 C 들은 다음과 동등하다 r g = A + B + C , where the vectors A , B and C are equivalent to
(식1) (Eq. 1)
(식2) (Eq. 2)
(식3), (Eq. 3),
여기서, i, j 및 k 는 축 Xg, Yg, Zg 를 따른 단위 벡터들을 나타내고(즉, 성분 "i"는 축 "Xg"를 따라 지정되는 길이(l)의 벡터이고; 성분 "j"는 축 "Yg"를 따라 지정되는 길이(l)의 벡터이고; 그리고 성분 "k"는 축 "Zg"를 따라 지정되는 길이(l)의 벡터이다) 그리고 U g 는 정점(38)에서 Zg 축 상에 M의 돌출부(projection)까지 측정된 거리를 나타낸다. U g 와 는 이뿌리면(G)의 변수들이다.Where i , j and k represent unit vectors along the axes X g , Y g , Z g (ie component "i" is a vector of length l specified along axis "X g "; component " j "is a vector of length l specified along axis" Y g "; and component" k "is a vector of length l specified along axis" Z g ") and U g is a vertex (38). ) Is the distance measured to the projection of M on the Z g axis. U g with Are variables of the root surface (G).
벡터 A, B 및 C 를 식 r g = A + B + C에 대입하면, 피니언 기어(18)에 대한 이뿌리면(G)에 대한 식(식4)을 행렬로 유도할 수 있다:Substituting vectors A , B and C into the equation r g = A + B + C , we can derive the equation (4) for the root surface (G) for the pinion gear (18):
(식4) (Eq. 4)
동일한 구조의 식을 베벨 기어와, 그리고 피니언과 사이드 기어에 대해 사용할 수 있다. 그러나, 식들은 동일하지 않다. 예컨대, 식들은 다른 계수들을 가질 수 있다(예컨대, 피니언에 대히서는 "" 및 사이드 기어에 대해서는 " "). 사이드 기어(20)에 대한 이뿌리면(G)에 대한 식(식 4.1)은 행렬로 유도할 수 있다:The same formula can be used for bevel gears and pinions and side gears. However, the equations are not the same. For example, equations may have other coefficients (eg, for pinions, " "And about the side gear" The equation for root surface G for side gear 20 (Equation 4.1) can be derived from the matrix:
(식4.1) (Equation 4.1)
차동장치 응용에 있어서, 균등식 +=90°보통 관측된다. 따라서, 피치각 는 피니언의 피치각 의 항으로서 =90°-로 나타낼 수 있다. 이 방식에서, 미지항(unknowns)의 숫자가 하나의 미지항으로 줄어든다(즉, 두 개의 변수 +가 아니라, 단지 변수 만이 미지항으로 남는다). 식 4.1에 대입한 후, 사이드 기어의 이뿌리면에 대한 수식에 대해 이 식(식4.2)은 행렬 형태로 표현할 수 있다.Uniformity in Differential Applications + = 90 ° Usually observed. Thus, pitch angle Is the pitch angle of the pinion As a term = 90 °- It can be represented as. In this way, the number of unknowns is reduced to one unknown (ie two variables). + Not just variables Only remains unknown). After substituting Eq. 4.1, this equation (Equation 4.2) can be expressed in the form of a matrix for the equation for the root surface of the side gear.
(식 4.2) (Equation 4.2)
미지항의 전체 숫자의 추가 감축은 다음의 등가식 을 기반으로 할 수 있는데, u 는 피니언 대 사이드 기어 결합의 이빨 비를 나타낸다.The further reduction of the total number of unknown ports is equivalent to U is the tooth ratio of the pinion to side gear coupling.
(식 4.3) (Equation 4.3)
도 5를 참조하여 보면, 피니언 기어(18)에 대한 수정된 기어 이뿌리면(Gmod)의 기하학적 구조가 도시되어 있다. 도 6을 참조하여 보면, 사이드 기어(20)에 대한 수정된 기어 이뿌리면(Gmod)의 기하학적 구조가 도시되어 있다. 수정된 기어 이뿌리면(Gmod)의 기하학적 구조를 나타내는 위치벡터 r g 는, 다른 행렬식으로 나타낸다. 수정된 기어 이뿌리면(Gmod)에 대한 행렬식에서의 차이는, 작동표면(즉, 기어셋트를 구성하는 기어들의 제1이뿌리면과 제2이뿌리면 사이의 모든 접촉점들을 규정하는 작동표면)의 이동으로 인한 것이다. 작동표면의 이동은, 토크 바이어싱을 가능하게 하는 것이다. 작동표면은 여기에서 기술한 바와 같이 미리 규정된 및/또는 제어된 방식으로 이동할 수 있다. 본 발명의 베벨 기어에 대한 위치벡터 에 대한 식은 통상(예컨대, 선행기술) 베벨 기어에 대한 위치벡터 r g 에 대한 식으로부터 유도할 수 있다. 수정된 위치벡터 에 대한 식은, 수정된 위치벡트 에 다음 식에서 주어져 있듯이, 기어의 회전각도 의 함수로서 콘(cone) 각도 를 고려할 수 있다:Referring to FIG. 5, the modified gear tooth surface G mod for the
(식5) (Eq. 5)
식 4로부터 식 4.2를 유도할 수 있는 것과 유사하게, 피니언 이뿌리면에 대한 식 4는 사이드 기어 이뿌리면에 대한 식(식 5.1)이 행렬로 이루어지도록 할 수 있다:Similar to being able to derive Equation 4.2 from
(식5.1) (Equation 5.1)
미지항의 전체 숫자의 추가 감축은 다음의 등가식 을 기반으로 할 수 있는데, u 는 피니언 대 사이드 기어 결합의 이빨 비를 나타낸다.The further reduction of the total number of unknown ports is equivalent to U is the tooth ratio of the pinion to side gear coupling.
(식5.2)(Equation 5.2)
다른 해결책은, 본 기술분야의 당업자에게 잘 공지되는 바와 같이 수정된 기어 이뿌리면(Gmod)의 기하학적 구조를 나타내는 수정된 위치벡터 에 대한 식의 유도에 사용할 수 있다. 함수 대 는 선형함수일 수 있고, 또한 의 형태로 나타낼 수 있는데, 소정의 상수는 "a"로 나타낸다. 이 상수 a는 원하는 토크 바이어스의 항으로 결정하여 나타낼 수 있다.Another solution is a modified position vector representing the geometry of the modified gear sprinkled surface G mod as is well known to those skilled in the art. Can be used to derive the equation for. function versus Can be a linear function, It can be expressed in the form of, a predetermined constant is represented by "a". This constant a can be determined and expressed in terms of the desired torque bias.
변수 "a"는 피니언(18)과 사이드 기어(20)의 이뿌리면의 실제 형상에 영향을 준다. 변수 "a"에 대한 제한은 이중적이다. 첫 번째, 피니언(18) 또는 사이드 기어(20)의 이뿌리면 어느 것도 대응하는 베이스 콘 아래로 존재하지 않는 것이다. 두 번째, 외측 콘에 이빨 지점이 허용되지 않는 것이다. 변수 "a"의 값에 대한 범위는, 이들 제한들을 기반으로 계산할 수 있다. 사이드 기어가 회전하면, 소정의 어느 순간에 사이드 기어(예컨대, 사이드 기어(20))의 이뿌리면이 정합하는 기어(예컨대, 피니언(18))과 맞물리게 된다. 사이드 기어(20)가 소정의 각도(μ, μ는 사이드 기어(20)의 이뿌리면이 피니언(18)의 이뿌리면과 정합하게 되는 사이드 기어(20)의 회전각도)로 회전하는 동안 정합하는 피니언(18)의 이뿌리면과 사이드 기어(20)의 이뿌리면의 접촉은 유지된다. 차동장치(차동장치(12))를 통한 원하는 토크 바이어스는 T bias 로 표시할 수 있다. 원하는 토크 바이어스는 T bias 를 이루기 위하여, 각도 (식 4.1 참조)는 μ=0 일 때의 값 에서 이빨들이 정합에서 분리될 때의 값 으로 변할 수 있다. 비율 / 는 T bias 와 동일하다(즉, 균등식 /=T bias 는 유효하다). 궁극적으로, 변수"a"의 원하는 rkqqtdms 다음의 식으로부터 계산할 수 있다:The variable "a" affects the actual shape of the toothed surface of the
(식 5.3) (Equation 5.3)
콘 각도 는 기어의 회전각도 의 선형함수이면(즉, =), 수정된 위치벡터 에 대한 식은 다음 식으로 줄어들 수 있다:Cone angle Rotation angle of gear Is a linear function of (i.e. = ), Modified position vector The expression for can be reduced to
(식 6) (Equation 6)
콘 각도 가 기어의 회전각도 의 선형함수가 되도록 함으로써, 함수 는 가장 단순한 함수가 될 수 있다. 일반적으로, 다른 실시예들에서는 기어의 회전각도 의 함수로서 콘 각도 는 보다 복잡할 수 있다. 회전각도 의 함수로서 콘 각도 의 함수는 소정의 차동장치 응용에 대해 필요한 및/또는 바람직한 차동장치에 의한 토크 바이어싱에 따르게 된다. 선형함수 는 현실적인 함수이다. 수정된 이뿌리면(Gmod)의 컴퓨터 모델링의 예를 도 7에 도시하였다. 제1 및 제2기어(예컨대, 피니언 기어(18)와 사이드 기어(20))들의 이뿌리면의 기하학적 구조는 제1 및 제2기어들에 대한 설계 변수들의 항으로 나타낼 수 있다. 본 기술분야의 당업자에게 잘 알려졌듯이 통상적인 공학적 방정식을 사용할 수 있다.Cone angle Rotation angle of gear Function so that the linear function of Can be the simplest function. In general, in other embodiments the angle of rotation of the gear Cone angle as a function of May be more complex. Rotation angle Cone angle as a function of The function of depends on the torque biasing by the required and / or desired differential for a given differential application. Linear function Is a realistic function. An example of computer modeling of the modified root surface (G mod ) is shown in FIG. 7. The geometry of the sprinkling surfaces of the first and second gears (eg,
본 발명에 따른 기어셋트(10)를 설계하기 위한 방법 또한 제공된다. 방법은 원하는 토크 바이어스와 제1기어에 전달할 토크의 원하는 부분을 결정하는 단계와; 상기 원하는 토크 바이어스와 상기 제1기어에 전달할 토크의 원하는 부분을 만드는 작동표면의 규정된 이동을 결정하는 단계와; 상기 작동표면에 의해 규정되는 제1기어와 제2기어 간의 접촉점들을 결정하는 단계와; 그리고 상기 작동표면에 의해 규정된 접촉점들에 대응하는 제1 및 제2기어들의 이뿌리면을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.Also provided is a method for designing a
본 발명의 특정 실시예들에 대한 상기 설명은 설명의 목적으로 제공되었다. 설명은 본 발명을 상기의 형태로 제한하고자 하는 것이 아니고, 다양한 수정들과 변형들이 상기 설명들을 고려해 가능하다. 본 발명의 원리와 이의 실제적인 응용을 설명하기 위해 또한 본 기술분야의 당업자들이 본 발명과 또한 실제적인 사용에 적합한 다양한 수정 사항들을 가지는 다양한 실시예들을 활용할 수 있도록 하기 위하여 실시예들이 선택되었다. 본 발명은 상기 상세한 설명에서 상당히 상세히 설명되었고, 또한 상기 상세한 설명을 읽고 이해함으로써, 본 발명의 다양한 변경과 수정들을 당업자들이 알게 될 것이다. 이러한 다양한 변경과 수정들이 첨부한 청구항의 범위 내에 들어가는 한은, 이들 변경과 수정들은 본 발명에 포함된다. 본 발명의 범위는 첨부한 청구항과 이의 등가물에 의해 규정되게 된다.
The foregoing description of specific embodiments of the present invention has been presented for purposes of explanation. The description is not intended to limit the invention to the above form, and various modifications and variations are possible in view of the above descriptions. Embodiments have been selected to illustrate the principles of the invention and its practical application, and to enable any person skilled in the art to utilize the various embodiments having the various modifications suitable for the invention and also for practical use. The present invention has been described in considerable detail in the above description, and also by reading and understanding the above description, those skilled in the art will recognize various changes and modifications of the invention. As long as such various changes and modifications fall within the scope of the appended claims, these changes and modifications are included in the present invention. It is intended that the scope of the invention be defined by the claims appended hereto and their equivalents.
Claims (25)
제2이뿌리면을 가지는 제2기어를 포함하고,
상기 제1이뿌리면과 제2이뿌리면은 제1이뿌리면과 제2이뿌리면 간의 접촉점들을 규정하는 작동표면을 제어된 방식으로 이동시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 기어셋트.A first gear having a first root surface;
Including a second gear having a second root surface,
And the first sprinkling surface and the second sprinkling surface are configured to move the operating surface defining a contact point between the first sprinkling surface and the second sprinkling surface in a controlled manner.
각각이 제1이뿌리면을 가지는 이빨을 가지고, 상기 차동 케이스 내측에 설치되는 한 쌍의 사이드 기어들과;
상기 차동 케이스 내측에 설치되는 피니언 축과;
각각이 제2이뿌리면을 가지는 이빨을 가지고, 상기 피니언 축에 의해 지지되고 또한 상기 한 쌍의 사이드 기어들과 결합하도록 구성되는 다수의 피니언들을 포함하고;
상기 제1 및 제2이뿌리면들은 상기 제1이뿌리면과 제2이뿌리면 사이의 접촉점들을 규정하는 상기 작동표면이 제어된 방식으로 이동시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 변동기어비 차동제한장치.A differential case;
A pair of side gears each having teeth having a first sprinkled surface and installed inside the differential case;
A pinion shaft installed inside the differential case;
A plurality of pinions each having teeth having a second sprinkled surface and supported by the pinion shaft and configured to engage with the pair of side gears;
And the first and second sprinkling surfaces are configured to move the operating surface defining a contact point between the first sprinkling surface and the second sprinkling surface in a controlled manner.
상기 원하는 토크 바이어스와 상기 제1기어에 전달할 토크의 원하는 부분을 만드는 작동표면의 규정된 이동을 결정하는 단계와;
상기 작동표면에 의해 규정되는 제1기어와 제2기어 간의 접촉점들을 결정하는 단계와; 그리고
상기 작동표면에 의해 규정된 접촉점들에 대응하는 제1 및 제2기어들의 이뿌리면을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 기어셋트를 설계하기 위한 방법.
Determining a desired torque bias and a desired portion of torque to transmit to the first gear;
Determining a defined movement of the operating surface to produce the desired torque bias and a desired portion of torque to be transmitted to the first gear;
Determining contact points between the first gear and the second gear defined by the operating surface; And
Determining the sprinkling surface of the first and second gears corresponding to the contact points defined by the actuating surface.
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